蘇南地區(qū)土地生態(tài)評(píng)價(jià)及城鄉(xiāng)梯度分析

陸春鋒，周生路

(1.江蘇第二師范學(xué)院，江蘇 南京 210013；2.南京大學(xué)，江蘇 南京 210023)

土地是人類生存和生產(chǎn)的重要載體，土地生態(tài)環(huán)境保護(hù)是貫徹落實(shí)五大發(fā)展理念、實(shí)現(xiàn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展的重要保障[1]。20世紀(jì)90年代以來，學(xué)者們從土地生態(tài)景觀格局[2-3]、安全保護(hù)[4-5]、生態(tài)效益[6-7]等方面開展了大量的研究和探索，并從系統(tǒng)學(xué)的角度研究了土地生態(tài)保護(hù)問題。學(xué)者們普遍認(rèn)同土地利用和經(jīng)濟(jì)社會(huì)之間并不是割裂的，而是相互作用、相互聯(lián)系的。隨著經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，城鎮(zhèn)化進(jìn)程不斷加快，土地資源過度利用，土壤污染、土質(zhì)退化等生態(tài)問題日益嚴(yán)重[8-10]，如何科學(xué)評(píng)價(jià)土地生態(tài)狀況并剖析城鎮(zhèn)化進(jìn)程的作用特征成為研究重點(diǎn)。本文以經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、城鎮(zhèn)化進(jìn)程快速的蘇南地區(qū)為研究區(qū)，從土地生態(tài)基礎(chǔ)條件、壓力負(fù)荷、建設(shè)強(qiáng)度3個(gè)維度構(gòu)建了土地生態(tài)狀況綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并運(yùn)用城鄉(xiāng)梯度空間分析法研究了土地生態(tài)城鄉(xiāng)梯度分布特征，對(duì)于推動(dòng)城鎮(zhèn)化與土地生態(tài)保護(hù)協(xié)同發(fā)展具有重要意義。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于江蘇省南部，是江蘇最大的優(yōu)勢(shì)板塊，交通區(qū)位優(yōu)越，也是中國(guó)最發(fā)達(dá)的地區(qū)之一。研究區(qū)涉及南京、無錫、常州、蘇州、鎮(zhèn)江5個(gè)設(shè)區(qū)市，地處長(zhǎng)江三角洲中心地段，東靠上海，西連安徽，南接浙江，東北依長(zhǎng)江，地理坐標(biāo)為119°8′～121°20′ E，30°47′～32°4′ N。區(qū)域內(nèi)地形以平原為主，從太湖向四周，呈現(xiàn)出中間低、四周高的地勢(shì)特征，山地丘陵主要分布在西南部的宜潥山地，地形起伏較大(圖1)。2017年，研究區(qū)實(shí)現(xiàn)地區(qū)生產(chǎn)總值50175.20億元，占江蘇省比重的57.03%，占全國(guó)比重的6.11%；一二三產(chǎn)結(jié)構(gòu)比重為1.8∶45.3∶52.9，年末常住總?cè)丝?347.52萬人，其中城鎮(zhèn)人口比重為76.4%，遠(yuǎn)高于全國(guó)58.5%的城鎮(zhèn)化水平。

圖1 研究區(qū)區(qū)位圖

2 研究方法

2.1 土地生態(tài)評(píng)價(jià)方法

土地生態(tài)評(píng)價(jià)是土地可持續(xù)利用研究的核心，土地生態(tài)系統(tǒng)的健康水平，土地的生態(tài)安全狀況等都影響著土地的可持續(xù)性，學(xué)術(shù)界出于不同視角、不同應(yīng)用價(jià)值開展了大量土地生態(tài)評(píng)價(jià)方面的研究。陳燕飛等[11]基于水域、用地現(xiàn)狀等影響因子開展了城市建設(shè)用地生態(tài)適宜度評(píng)價(jià)；吳箐等[12]則引入了生態(tài)位、生態(tài)足跡等模型方法，對(duì)土地生態(tài)適宜性進(jìn)行了定量評(píng)價(jià)；戴靚[13]、姚新春[14]等則從基礎(chǔ)、結(jié)構(gòu)、脅迫、效益4個(gè)維度構(gòu)建了土地生態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。研究區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，土地生態(tài)承載壓力加劇，土地生態(tài)建設(shè)迫切，本文從基礎(chǔ)條件、壓力負(fù)荷、建設(shè)強(qiáng)度3個(gè)維度構(gòu)建了土地生態(tài)狀況綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(表1)。

采用多因素綜合評(píng)價(jià)法測(cè)算土地生態(tài)狀況，具體計(jì)算公式如下：

式中，Ei為i評(píng)價(jià)單元的土地生態(tài)綜合狀況，ESi、EPi、ERi分別為i評(píng)價(jià)單元的土地生態(tài)基礎(chǔ)條件指數(shù)、壓力負(fù)荷指數(shù)和建設(shè)強(qiáng)度指數(shù)；WS、WP、WR為對(duì)應(yīng)的權(quán)重，WSj、WPj、WRj分別為i評(píng)價(jià)單元基礎(chǔ)、壓力、建設(shè)指數(shù)j評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重；ESij、EPij、ERij分別為i評(píng)價(jià)單元j指標(biāo)的指標(biāo)值，m為評(píng)價(jià)指標(biāo)個(gè)數(shù)。

土地生態(tài)基礎(chǔ)條件指數(shù)、壓力負(fù)荷指數(shù)、建設(shè)強(qiáng)度指數(shù)反映了土地生態(tài)的優(yōu)劣程度，指數(shù)越高，反映土地生態(tài)狀況越優(yōu)。其中，土地生態(tài)基礎(chǔ)條件指數(shù)表征區(qū)域土地生態(tài)本底質(zhì)量狀況，基礎(chǔ)條件指數(shù)越高，表明區(qū)域土地生態(tài)基礎(chǔ)狀況越好；土地生態(tài)壓力負(fù)荷指數(shù)表征區(qū)域可承載土地生態(tài)壓力大小，土地生態(tài)壓力負(fù)荷指數(shù)越大，表明該評(píng)價(jià)單元面臨的土地生態(tài)壓力越小，可承載的壓力負(fù)荷越大；土地生態(tài)建設(shè)強(qiáng)度指數(shù)表征區(qū)域土地生態(tài)響應(yīng)程度，建設(shè)強(qiáng)度指數(shù)越高，表明該評(píng)價(jià)單元土地生態(tài)建設(shè)投入強(qiáng)度越大，土地生態(tài)建設(shè)狀況越好。

2.2 城鄉(xiāng)梯度空間分析方法

城鎮(zhèn)化進(jìn)程是中國(guó)21世紀(jì)初經(jīng)濟(jì)發(fā)展重要的驅(qū)動(dòng)力，隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的推進(jìn)，城鄉(xiāng)二元結(jié)構(gòu)極化現(xiàn)象嚴(yán)重，區(qū)域經(jīng)濟(jì)、人口、環(huán)境等各類自然和人文要素呈現(xiàn)明顯的城鄉(xiāng)空間分布差異，城鄉(xiāng)梯度差異分析逐步成為一種比較常用的空間差異定量分析方法。研究區(qū)包括南京、鎮(zhèn)江、常州、無錫、蘇州5個(gè)設(shè)區(qū)市，城市規(guī)模較大，對(duì)周邊區(qū)域具有一定的城市輻射功能，區(qū)域內(nèi)存在多個(gè)城市中心，傳統(tǒng)的單核分析方法不能有效反映多中心的疊加輻射效應(yīng)。因此，本文采用多核分析法，運(yùn)用ArcGIS軟件的Buffer組件，以5個(gè)設(shè)區(qū)市的城市主城區(qū)為核心向外擴(kuò)散，構(gòu)建5 km×20環(huán)狀分析面(圖2)，測(cè)算各環(huán)土地生態(tài)平均指數(shù)，進(jìn)而分析城鄉(xiāng)梯度土地生態(tài)空間差異。

表1 土地生態(tài)狀況綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

圖2 研究區(qū)城鄉(xiāng)梯度分析圖

3 結(jié)果分析與討論

3.1 蘇南地區(qū)土地生態(tài)狀況評(píng)價(jià)結(jié)果

如圖3所示，蘇南地區(qū)土地生態(tài)綜合狀況平均指數(shù)為0.45，空間變異系數(shù)0.09，表明區(qū)內(nèi)差異較小，整體呈現(xiàn)東高西低的分布態(tài)勢(shì)，蘇州市土地生態(tài)綜合狀況最佳。按各準(zhǔn)則層分析，土地生態(tài)基礎(chǔ)條件呈現(xiàn)為西高東低的分布態(tài)勢(shì)，平均指數(shù)為0.45，變異系數(shù)0.12，空間差異小，南京、無錫基礎(chǔ)條件最好，蘇州市基礎(chǔ)條件最差；土地生態(tài)壓力負(fù)荷指數(shù)總體表現(xiàn)為西高東低、鄉(xiāng)村高城市低的分布態(tài)勢(shì)，平均指數(shù)為0.87，變異系數(shù)0.07，空間差異小，鎮(zhèn)江市壓力負(fù)荷指數(shù)最高，表明其可承載的生態(tài)壓力最大；土地生態(tài)建設(shè)強(qiáng)度指數(shù)呈現(xiàn)為明顯的東高西低的分布態(tài)勢(shì)，平均指數(shù)為0.13，變異系數(shù)0.55，空間差異大，蘇州市建設(shè)強(qiáng)度顯著高于其他區(qū)域，而南京、鎮(zhèn)江建設(shè)強(qiáng)度較差。

研究區(qū)土地生態(tài)狀況評(píng)價(jià)結(jié)果表明：土地生態(tài)基礎(chǔ)條件狀況與區(qū)域自然資源分布特征相關(guān)，本底自然優(yōu)勢(shì)較大程度決定了地區(qū)土地生態(tài)基礎(chǔ)狀況；土地生態(tài)壓力狀況受人為活動(dòng)影響較大，尤其是城鎮(zhèn)化進(jìn)程改變了土地利用方式和外在表現(xiàn)形態(tài)，人口的高度集聚導(dǎo)致土地生態(tài)承載能力逐漸降低；土地生態(tài)建設(shè)狀況則與地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、生態(tài)承載壓力顯著相關(guān)，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)財(cái)政支撐能力強(qiáng)，能有效增強(qiáng)土地生態(tài)建設(shè)投入強(qiáng)度，生態(tài)承載壓力大的區(qū)域，對(duì)于實(shí)施生態(tài)建設(shè)的迫切性更強(qiáng)。土地生態(tài)綜合狀況則綜合了3個(gè)維度的生態(tài)狀況，評(píng)價(jià)結(jié)果也反映了人類后期的生態(tài)建設(shè)對(duì)生態(tài)綜合狀況有較大的提升效應(yīng)。

表2 研究區(qū)土地生態(tài)指數(shù)統(tǒng)計(jì)特征

a.土地生態(tài)基礎(chǔ)條件指數(shù)；b.土地生態(tài)壓力負(fù)荷指數(shù)；c.土地生態(tài)建設(shè)強(qiáng)度指數(shù)；d.土地生態(tài)綜合狀況指數(shù)。

3.2 蘇南地區(qū)土地生態(tài)城鄉(xiāng)梯度分析

城鄉(xiāng)梯度分析結(jié)果表明：研究區(qū)土地生態(tài)狀況呈現(xiàn)明顯的城鄉(xiāng)梯度分布規(guī)律。以研究區(qū)5個(gè)城市擴(kuò)張及分布規(guī)模分析，空間分布呈現(xiàn)4個(gè)明顯的演變形態(tài)：城市內(nèi)核區(qū)(0～15 km)、城市外核區(qū)(15～30 km)、近郊區(qū)(30～60 km)、遠(yuǎn)郊區(qū)(>60 km)。城市內(nèi)核區(qū)土地利用形態(tài)以城鎮(zhèn)建設(shè)用地為主，城市服務(wù)功能顯著，人口分布密集，產(chǎn)業(yè)以商服、金融等第三產(chǎn)業(yè)為主；城市外核區(qū)是城市向郊區(qū)輻射的區(qū)域，土地利用形態(tài)以城鎮(zhèn)建設(shè)用地為主，但仍保留部分農(nóng)業(yè)用地，局部區(qū)域城市服務(wù)功能成熟，產(chǎn)業(yè)以高附加值的高新技術(shù)為主；近郊區(qū)是城市外延區(qū)域，土地利用形態(tài)表現(xiàn)出比較明顯的城鄉(xiāng)結(jié)合發(fā)展的特征，城鎮(zhèn)用地?cái)U(kuò)張規(guī)模較快，但鄉(xiāng)村用地規(guī)模占比仍然較大；遠(yuǎn)郊區(qū)遠(yuǎn)離城市，土地利用形態(tài)以鄉(xiāng)村特征為主。

如圖4所示，隨著距離城市越遠(yuǎn)，研究區(qū)土地生態(tài)基礎(chǔ)條件指數(shù)呈明顯的改善趨勢(shì)，Pearson相關(guān)系數(shù)為0.945，在0.01水平上顯著相關(guān)。土地生態(tài)基礎(chǔ)條件指數(shù)反映了地區(qū)土地生態(tài)本底數(shù)據(jù)，也體現(xiàn)了城市建設(shè)空間選址的自然條件約束效應(yīng)。生態(tài)資源豐富的山林地區(qū)地勢(shì)起伏，發(fā)展空間小，不利于城市發(fā)展，因此城市選址往往在地勢(shì)平坦的開闊區(qū)域，該區(qū)域土地生態(tài)服務(wù)功能較低。此外，城市中心區(qū)城市建設(shè)活動(dòng)頻繁，破壞了地表層的原始生態(tài)環(huán)境，土壤硬質(zhì)化導(dǎo)致土壤、植被、生態(tài)效益等指標(biāo)出現(xiàn)明顯降低，降低了土地生態(tài)服務(wù)功能。而城市遠(yuǎn)郊區(qū)，人類活動(dòng)少，作用于土地及其生態(tài)環(huán)境的活動(dòng)少，較好地保留了山水林田湖的原生態(tài)環(huán)境，土壤、植被等指標(biāo)值較優(yōu)，土地生態(tài)基礎(chǔ)條件好。

圖4 研究區(qū)土地生態(tài)狀況城鄉(xiāng)梯度分析圖

距離城市越遠(yuǎn)，研究區(qū)土地生態(tài)壓力負(fù)荷指數(shù)越呈現(xiàn)出上升趨勢(shì)，Pearson相關(guān)系數(shù)為0.836，在0.01水平上顯著相關(guān)。表明距離城市越遠(yuǎn)，土地生態(tài)壓力會(huì)逐步減小，土地生態(tài)壓力負(fù)荷指數(shù)越高。城市中心區(qū)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)頻繁，人口密集，生活和生產(chǎn)活動(dòng)對(duì)環(huán)境負(fù)荷壓力加大，且中心城區(qū)建設(shè)用地比重高，景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)大，土地生態(tài)壓力最大，從土地生態(tài)保護(hù)角度出發(fā)，壓力負(fù)荷指數(shù)最小。從曲線變化分析，隨著距離的增加城市內(nèi)核區(qū)土地生態(tài)壓力負(fù)荷指數(shù)上升幅度增大，表明城市核心區(qū)，土地生態(tài)壓力距離衰減效應(yīng)顯著；城市外核區(qū)人口集聚效應(yīng)減小，土地生態(tài)壓力趨于平緩，距離效應(yīng)下降；城市近郊區(qū)、遠(yuǎn)郊區(qū)，城鎮(zhèn)化程度較低，城市效應(yīng)不顯著，土地生態(tài)壓力狀況平穩(wěn)。

距離城市越遠(yuǎn)，土地生態(tài)建設(shè)強(qiáng)度指數(shù)呈現(xiàn)先升后降的變化趨勢(shì)，Pearson相關(guān)系數(shù)為-0.651，在0.01水平上顯著相關(guān)。在城市內(nèi)核區(qū)表現(xiàn)為明顯的距離強(qiáng)化態(tài)勢(shì)，城市中心土地生態(tài)建設(shè)較弱，距離城市越遠(yuǎn)，土地生態(tài)建設(shè)效應(yīng)逐步加強(qiáng)；城市外核區(qū)、近郊區(qū)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較高，為土地生態(tài)建設(shè)提供了內(nèi)在經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)力，且新城、新區(qū)建設(shè)往往落地于此，新的規(guī)劃理念、建設(shè)戰(zhàn)略為該區(qū)域土地生態(tài)建設(shè)注入了外在作用力，內(nèi)外作用下，該區(qū)域土地生態(tài)建設(shè)強(qiáng)度明顯優(yōu)于其他區(qū)域。城市遠(yuǎn)郊區(qū)，經(jīng)濟(jì)條件欠發(fā)達(dá)，生態(tài)建設(shè)意識(shí)薄弱，土地生態(tài)建設(shè)指數(shù)逐步下降。

土地生態(tài)綜合狀況指數(shù)反映了區(qū)域土地生態(tài)綜合狀況，隨著距離城市的距離越遠(yuǎn)，土地生態(tài)綜合狀況得到逐步改善，Pearson相關(guān)系數(shù)為0.567，在0.01水平上顯著相關(guān)。從梯度曲線分析可知，城市遠(yuǎn)郊區(qū)土地生態(tài)綜合狀況優(yōu)于城市內(nèi)核區(qū)，城市內(nèi)核區(qū)，距離效應(yīng)顯著，隨著距離加大，土地生態(tài)綜合指數(shù)呈顯著上升的態(tài)勢(shì)；城市外核區(qū)，上升幅度進(jìn)一步趨于平緩；城市遠(yuǎn)郊區(qū)，距離效應(yīng)不顯著。

4 結(jié)論

論文在定量評(píng)價(jià)研究區(qū)土地生態(tài)狀況的基礎(chǔ)上，采用城鄉(xiāng)梯度空間分析法進(jìn)一步探討研究區(qū)土地生態(tài)狀況城鄉(xiāng)梯度分布格局，研究結(jié)果如下。

(1)蘇南地區(qū)土地生態(tài)綜合狀況整體呈現(xiàn)東高西低、鄉(xiāng)村高城市低的分布特征，基礎(chǔ)條件表征了區(qū)域地形地貌等自然因素的空間分布規(guī)律；壓力負(fù)荷指數(shù)與地區(qū)城鎮(zhèn)化水平相關(guān)，中心城區(qū)土地生態(tài)承載能力低于鄉(xiāng)村；建設(shè)強(qiáng)度指數(shù)與地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平相關(guān)，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)生態(tài)建設(shè)投入大。生態(tài)建設(shè)是緩解土地生態(tài)壓力、提升土地生態(tài)綜合效益的有效途徑。

(2)土地生態(tài)狀況城鄉(xiāng)梯度空間分布規(guī)律顯著。城市內(nèi)核區(qū)土地生態(tài)狀況距離效應(yīng)顯著，距離城市越遠(yuǎn)，土地生態(tài)狀況越趨于改善；遠(yuǎn)郊區(qū)距離效應(yīng)弱，土地生態(tài)狀況總體平穩(wěn)。

(3)土地生態(tài)基礎(chǔ)條件指數(shù)距離效應(yīng)顯著，城市遠(yuǎn)郊區(qū)顯著優(yōu)于城市核心區(qū)；壓力負(fù)荷指數(shù)呈階梯上升趨勢(shì)，城市內(nèi)核區(qū)距離效應(yīng)顯著，城市遠(yuǎn)郊區(qū)趨于平穩(wěn)；土地生態(tài)建設(shè)強(qiáng)度指數(shù)呈先上升后下降的倒“U”型曲線，城市外核區(qū)、近郊區(qū)土地生態(tài)建設(shè)強(qiáng)度最大，狀況最優(yōu)，遠(yuǎn)郊區(qū)建設(shè)狀況最差。